改變我們生活的鋰離子電池
第二講：鋰離子電池的優(yōu)點(diǎn)和充電時(shí)的注意事項
本系列文章，我們在從事提高電池性能研究30多年的東京工業(yè)大學(xué)特命教授菅野了次先生的監修下，從什么是鋰離子電池、到被稱(chēng)為下一代鋰離子電池的全固態(tài)電池的研究狀況，做一個(gè)全面介紹專(zhuān)題。
這里是第二講，談?wù)勪囯x子電池的優(yōu)點(diǎn)和用在我們生活中的哪些地方，以及如何才能用得更長(cháng)久。
監修人：
菅野了次
東京工業(yè)大學(xué) 科學(xué)技術(shù)創(chuàng )成研究院 特命教授（名譽(yù)教授）
菅野了次先生于1980年大阪大學(xué)研究生院理學(xué)研究科無(wú)機及物理化學(xué)專(zhuān)業(yè)課程結業(yè)。1985年成為理學(xué)博士。任神戶(hù)大學(xué)理學(xué)部副教授后，2001年任東京工業(yè)大學(xué)研究生院綜合理工學(xué)研究科教授，2016年任該大學(xué)物質(zhì)理工學(xué)院教授，2018年任該大學(xué)科學(xué)技術(shù)創(chuàng )成研究院教授、全固態(tài)電池研究組組長(cháng)，2021年任該科學(xué)技術(shù)創(chuàng )成研究院特命教授、全固態(tài)電池研究中心主任。
1.
使用鋰離子電池的優(yōu)點(diǎn)
與鉛蓄電池等其他電池相比，鋰離子電池在安全和功能方面具有很多優(yōu)點(diǎn)。
主要優(yōu)點(diǎn)如下：
比其他電池小，能量密度大
如鋰離子電池般能反復充電使用的二次電池除了鉛蓄電池外，還有鎳氫電池、鎳鎘電池等。與這些電池相比，鋰離子電池更顯然的優(yōu)點(diǎn)是小、輕且能量密度大。
對同尺寸的這些電池的特點(diǎn)做一個(gè)比較的話(huà)，鉛蓄電池的輸出電壓只能達到2.1V，鎳氫電池為1.2V，鎳鎘電池為1.25V。而鋰離子電池則能輸出3.2～3.7V的高電壓。
經(jīng)得起反復充放電
與其他的二次電池不同，鋰離子電池不利用化學(xué)反應產(chǎn)生電，因此電極的老化比其他的二次電池少，非常經(jīng)得起反復充放電。
能快速充電
鋰離子電池的一個(gè)很大的特點(diǎn)是能快速充電。不過(guò)鋰離子電池以外的其他二次電池也能短時(shí)間快速充電，但鎳氫電池、鎳鎘電池因難判斷電是否充滿(mǎn)，故未能實(shí)用化。而鋰離子電池能由充電器判斷已充滿(mǎn)，故得以實(shí)用化。
支持無(wú)線(xiàn)充電
與快速充電一樣，鋰離子電池以外的二次電池也能夠不用充電電纜進(jìn)行無(wú)線(xiàn)充電。不過(guò)因為無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)的研發(fā)成功于2007年，是一項比較新的技術(shù)，故被用于估計市場(chǎng)前景較好的鋰離子電池。今后將研發(fā)電動(dòng)汽車(chē)只要在停車(chē)場(chǎng)停車(chē)就能充電的系統。
鋰離子電池自放電小
電池即使閑置不用，電量也會(huì )損耗，這種現象稱(chēng)為“自放電”現象。例如，汽車(chē)一個(gè)多月沒(méi)開(kāi)，想開(kāi)時(shí)，會(huì )出現電壓低打不著(zhù)火的現象吧。而造成這種所謂“電池沒(méi)電”狀態(tài)的原因就是自放電。
自放電是電池盡管閑置不用也會(huì )一點(diǎn)點(diǎn)地發(fā)生化學(xué)反應而造成的。而鋰離子電池采用的反應機制與其他的二次電池發(fā)生的電池反應有所不同，因此鋰離子電池幾乎不產(chǎn)生自放電。
裝載了鋰離子電池的智能手機、電腦盡管不用電池也會(huì )損耗。這是因為電源并沒(méi)有完全斷開(kāi)，仍在消耗著(zhù)微量電能以便能夠立即喚醒屏幕。
2.
在我們生活中鋰離子電池被用于哪些用途？
在我們的身邊有很多用電來(lái)驅動(dòng)的工具。充分利用鋰離子電池體積小能量密度大的優(yōu)點(diǎn)，裝載于各種設備。
尤其是智能手機、電腦、數碼相機等能小型輕量化、長(cháng)壽命化也在于使用了鋰離子電池。
電動(dòng)汽車(chē)最初裝載的是鎳氫電池。但鋰離子電池有能量密度大自放電少等優(yōu)點(diǎn)，以及不像鎳氫電池般“不能接續充電”，使用不便，故而使用了鋰離子電池。
其他還有無(wú)繩吸塵器、熨斗等小型家電、電動(dòng)自行車(chē)、電動(dòng)摩托車(chē)等乘騎工具、利用家用太陽(yáng)能發(fā)電蓄積白天發(fā)的電等用途也都使用鋰離子電池。
3.
在產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域鋰離子電池被用于哪些用途？
在產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，鋰離子電池被用于無(wú)線(xiàn)操縱機器人、無(wú)人機之類(lèi)的機械，以及各種地方設置的IoT傳感器、潛艇和火箭等特殊載人工具，鋰離子電池被廣泛用于產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的各行各業(yè)。
不過(guò)鋰離子電池的能量密度也是有限的，如果需要更多的電量，使用就受到限制。
例如對電動(dòng)汽車(chē)，現在鋰離子電池也能用來(lái)作為驅動(dòng)發(fā)動(dòng)機的能源，但要靠鋰離子電池的能量讓大型飛機飛行的話(huà)，在技術(shù)上還難以做到。不過(guò)業(yè)界正在積極推進(jìn)使用鋰離子電池的“飛行汽車(chē)”之類(lèi)的新型載人工具的開(kāi)發(fā)。如果深挖一下目前鋰離子電池的性能，還有重大提升空間和各種可能性。
4.
給使用鋰離子電池的產(chǎn)品充電時(shí)的小竅門(mén)和注意事項
鋰離子電池有著(zhù)與其他電池不同的特點(diǎn)，在使用時(shí)應了解其特點(diǎn)加以利用才能經(jīng)久耐用。為發(fā)揮其性能，讓我們來(lái)詳細了解一下充電時(shí)的要點(diǎn)和特點(diǎn)吧。
鋰離子電池可以接續充電
使用方便也是鋰離子電池的特點(diǎn)，例如鎳氫電池、鎳鎘電池，在仍剩有容量的情況下又接續充電時(shí)，可能會(huì )看上去充電沒(méi)有超過(guò)該容量。這一現象稱(chēng)作“記憶效應”，而鋰離子電池基本上無(wú)此現象。
對鎳氫電池、鎳鎘電池，為防止發(fā)生記憶效應，推薦完全放電后再重新充電的方法。而鋰離子電池在還剩有電量的狀態(tài)下也能接續充電，可以說(shuō)是用起來(lái)比較隨心所欲。
如何讓鋰離子電池用得更久
智能手機、筆記本電腦等使用鋰離子電池的設備的電路設計成即便在經(jīng)常充電的狀態(tài)下使用電池，充電也不會(huì )超過(guò)電池容量。因此無(wú)需擔心會(huì )給電池造成過(guò)度負擔，但如果要想讓鋰離子電池能用得更久，應在接通電源充電到50％左右的狀態(tài)下繼續使用。有些筆記本電腦能設置成充電不超過(guò)50％。
使用鋰離子電池應避免過(guò)充電和過(guò)放電
相反，鋰離子電池應避免的是保持在100％充滿(mǎn)電的狀態(tài)下使用設備。如果持續在充滿(mǎn)電的狀態(tài)下接通電源使用筆記本電腦，會(huì )縮短電池的壽命。而在電量幾乎用完的過(guò)放電狀態(tài)下擱置，也會(huì )縮短鋰離子電池的壽命。也就是說(shuō)，避免在過(guò)充電和過(guò)放電這種極限狀態(tài)下使用，這就像人在過(guò)飽和空腹狀態(tài)下運動(dòng)，對身體都會(huì )造成負擔。
在常溫下使用鋰離子電池
要使鋰離子電池性能穩定，正常發(fā)揮，最好在常溫下使用�；蛟S大家都聽(tīng)說(shuō)過(guò)冷能夠延長(cháng)東西的壽命，但電池在低溫狀態(tài)下，電阻值會(huì )增大，對充放電的負荷增大，起到相反的效果。而且冷會(huì )使電池結露，電池周?chē)碾娐房赡軙?huì )產(chǎn)生短路。
鋰離子電池有很多優(yōu)點(diǎn)，有意識地充分發(fā)揮其優(yōu)點(diǎn)來(lái)使用才能長(cháng)久保持良好性能。
下一講，我們將談?wù)勪囯x子電池的普及歷史
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